PRESENTAZIONE

L'insegnamento è proposto come particolarmente consigliato per il profilo "Scienziato dei Materiali: Specialista nelle Tecnologie" o nell'ambito del percorso formativo proprio dell'Ingegneria Chimica e di Processo.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento si propone di introdurre gli studenti alle tematiche proprie dell’attuale contesto di transizione energetica. In questo scenario l’attenzione sarà focalizzata sulle tecnologie elettrochimiche “power to gas” e “gas to power” studiate mediante modelli chimico-fisici applicati su diverse scale fenomenologiche, evidenziando la rilevanza delle proprietà microscopiche sulle prestazioni macroscopiche in un’ottica di scale-up industriale.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L'insegnamento è proposto come particolarmente indicato per il profilo "Scienziato dei Materiali: Specialista nelle Tecnologie".

La partecipazione alle attività formative proposte (lezioni frontali, esercizi, visite, seminari), lo studio individuale e la discussione in gruppo permetteranno allo studente di:

• orientarsi nell’attuale contesto di transizione energetica (vincoli ambientali, green technologies, risorse rinnovabili, vettore idrogeno, stato dell’arte e potenziali sviluppi, ...)

• conoscere le principali tipologie di celle elettrochimiche, le loro potenzialità e i relativi margini di ottimizzazione sia per la produzione di energia sia per lo stoccaggio della stessa sotto forma di idrogeno o syngas;

• conoscere i fondamenti di funzionamento delle celle elettrochimiche discriminando processi, proprietà e vincoli chimico-fisici che li governano (cinetiche elettrochimiche, fenomeni di trasporto di materia e energia, caratteristiche dei materiali, …).

• saper impostare modelli di simulazione di celle elettrochimiche discriminando la scala fenomenologica di interesse e le relative correlazioni con le altre scale (da quella dei componenti di cella a quella di impianto)

• fare esperienza di simulazione al calcolatore, utilizzando software commerciali e open-source integrati con codici scritti ad hoc, a scopi progettuali, predittivi, diagnostici o di controllo

• saper elaborare dati sperimentali e progettare un design of experiment preliminare per la convalidazione dei modelli e l’identificazione di parametri chimico-fisici.

• applicare le competenze acquisite a specifici contesti propri dell’ingegneria ambientale, discutendo vantaggi e svantaggi delle soluzioni applicabili e stimando i principali indici di prestazione e impatto ambientale.

PREREQUISITI

Per un proficuo apprendimento sono necessarie conoscenze base di analisi matematica, chimica e fisica; tuttavia non è prevista alcuna propedeuticità formale.

MODALITA' DIDATTICHE

Il modulo prevede lezioni frontali in presenza in aula. Alla presentazione di contenuti teorici si alternano lezioni con esercizi al calcolatore svolti in aula informatica per favorire l’apprendimento e la discussione di specifici esempi di applicazione. Potranno essere inoltre proposte attività integrative quali visite di istruzione o seminari.

Le competenze trasversali in termini di abilità comunicativa e autonomia di giudizio verranno acquisite tramite la discussione di esempi concreti di problemi complessi.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma del modulo prevede la presentazione e discussione dei seguenti argomenti:   

1.  Contestualizzazione transizione energetica

• Il problema ambientale
• Fonti e tecnologie per la produzione di energia
• Il vettore idrogeno
• Ruolo dei modelli chimico-fisici

2.  Tipologie di celle elettrochimiche

• Caratteristiche: materiali, reazioni, configurazioni, prestazioni.
• Applicazioni: in modalità “Gas to Power” e “Power to Gas” (celle a combustibile ed elettrolizzatori)
• Stato dell’arte

3.  Funzionamento di celle elettrochimiche

• Termodinamica e cinetica (Nernst, Butler Volmer, Faraday, contributi di polarizzazione, …)
• Bilanci macroscopici e locali di materia ed energia
• Key Performance Parameter e Environmental Impact Indicator

3. Modellizzazione

-       Impostazione delle equazioni che descrivono i processi di interesse su diverse scale fenomenologiche (dai componenti di cella al sistema impiantistico)

-       Principali strumenti di simulazione: logiche di programmazione e software commerciali e open source

-       Esercitazioni al computer

4. Convalidazione dei modelli

-       Elaborazione ed interpretazione di dati sperimentali

-       Identificazione di parametri chimico-fisici

-       Design of experiment

6. Attività integrative

-    Visita al laboratorio CapLab - Electrochemical Cells for Carbon Capture and Energy Transistion (laboratorio congiunto Università di Genova – EcoSpray Technologies)

-    Interventi seminariali di esperti del settore

-    Visite di istruzione presso realtà di ricerca o industriali correlate.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni sarà disponibile nell'Aulaweb dell’insegnamento. Gli appunti presi durante le lezioni e il materiale in Aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell’esame. Alcuni testi saranno suggeriti a lezione per approfondimenti.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

BARBARA BOSIO (Presidente)

CRISTINA ELIA MOLINER ESTOPIÑAN

ELISABETTA ARATO (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Dal 23 settembre 2024 secondo l'orario riportato qui 

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Durante lo svolgimento delle lezioni gli studenti saranno inviatati a preparare un elaborato relativo ad una applicazione specifica da presentare all’esame finale che consisterà in una prova orale.

Saranno disponibili 2 appelli di esame per la sessione ‘invernale’ (gennaio e febbraio) e 3 appelli per la sessione ‘estiva’ (giugno, luglio, settembre). La prova, inoltre, potrà essere sostenuta anche durante le pause didattiche eventualmente previste in autunno e in primavera.

Per gli studenti con disabilità o con DSA si rimanda alla sezione Altre Informazioni.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L’esame orale prevede la discussione della relazione preparata e in un paio di domande che possono riguardare tutto il programma presentato a lezione, formulate in termini di quesiti teorici o in forma di problemi applicativi.  L’esame si prefigge di accertare le specifiche competenze acquisite e soprattutto la capacità di utilizzarle combinate assieme per orientarsi in casi applicativi concreti. Saranno valutate inoltre la qualità dell’esposizione, l’utilizzo corretto della terminologia tecnica e la capacità di ragionamento critico.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Si ricorda alle studentesse e agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell'apprendimento (DSA) che per poter richiedere adattamenti in sede d'esame occorre prima inserire la certificazione sul sito web di Ateneo alla pagina servizionline.unige.it nella sezione “Studenti”. La documentazione sarà verificata dal Settore servizi per l’inclusione degli studenti con disabilità e con DSA dell’Ateneo, come indicato sul sito federato al link: SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI 11430 | Studenti con disabilità e/o DSA | UniGe | Università di Genova | Corsi di Studio UniGe

Successivamente, con significativo anticipo (almeno 10 giorni) rispetto alla data di esame occorre inviare una e-mail al/alla docente con cui si sosterrà la prova di esame, inserendo in copia conoscenza sia il docente Referente di Scuola per l'inclusione degli studenti con disabilità e con DSA (sergio.didomizio@unige.it) sia il Settore sopra indicato. Nella e-mail occorre specificare:

•            la denominazione dell’insegnamento

•            la data dell'appello

•            il cognome, nome e numero di matricola dello studente

•            gli strumenti compensativi e le misure dispensative ritenuti funzionali e richiesti.

Il/la referente confermerà al/alla docente che il/la richiedente ha diritto a fare richiesta di adattamenti in sede d'esame e che tali adattamenti devono essere concordati con il/la docente. Il/la docente risponderà comunicando se sia possibile utilizzare gli adattamenti richiesti.

Le richieste devono essere inviate almeno 10 giorni prima della data dell’appello al fine di consentire al/alla docente di valutarne il contenuto. In particolare, nel caso in cui si intenda usufruire di mappe concettuali per l’esame (che devono essere molto più sintetiche rispetto alle mappe usate per lo studio) se l’invio non rispetta i tempi previsti non vi sarà il tempo tecnico necessario per apportare eventuali modifiche.

Per ulteriori informazioni in merito alla richiesta di servizi e adattamenti consultare il documento: Linee guida per la richiesta di servizi, di strumenti compensativi e/o di misure dispensative e di ausili specifici